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《天津大学》 2018年
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多波长血糖光谱同步测量方法的研究

姚明飞  
【摘要】:在多波长下人体血糖的分时测量中,光源漂移和测量条件变化等造成的干扰不同步,使之难以消除,同时光谱数据的稳定性会也受到影响。因此,本文利用锁定放大、频谱变换和虚拟仪器等技术,设计了多波长微弱信号光谱同步测量的方案:将各波长光源信号调制成不同频率的正弦波,然后混合成叠加信号,同时测量物体,再以微弱信号检测的方法从叠加信号中解调出各正弦波的幅值,从而实现多波长光谱的同步精确测量。为了实现多波长血糖光谱的同步测量,本文首先对常见的微弱信号检测技术进行了介绍。在此基础上设计并研究了三种解调正弦波幅值的方法,分别为基于模拟信号的选频放大法、基于数字信号的正交锁相法以及频谱变换法。接着详细阐述了各自的设计思想和原理。据此构建多波长血糖光谱同步测量系统的总体框架,并分析和对比了三种方法的误差来源。接着分别搭建各方法下的同步测量系统。先利用LabVIEW平台进行模拟实验,以验证各方法的可行性与效果,同时也研究并确定系统各部分参数对其性能的影响。然后,在理论和模拟结果的基础上,根据结构框图搭建系统,并对系统各模块进行简要介绍。最后,对各个方法的性能进行全面的实验验证和评价。先运行调试系统并测量其光源漂移、检测器暗噪声等;接着基于标准反射板测试了选频放大法、正交锁相法和频谱变换法的再现性、准确性和线性度;同时还对比了三种方法的解调效果;最后,基于Intralipid葡萄糖水溶液测试正交锁相法下系统的灵敏度,基于频谱变换法研究了人体实验中光谱同步测量在消除干扰方面相对于分时测量的优势。相关实验结果表明,本文论及的多波长血糖光谱同步测量方法可以同步、准确获取光谱信号,进而有效消除测量条件变化等带来的影响,且具有较高的稳定性和灵敏度,可实现多波长微弱信号的同步精确测量。同时后两种方法具有硬件结构简单、易调试、功能扩展灵活、成本低、易移植等特点,为提高人体血糖光谱测量装置性能,实现设备小型化与人体信息测量的个性化提供了技术基础。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O433.1;R446.1

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